Báo cáo tóm tắt đề tài - Nghiên cứu quy trình tạo cây Mướp đắng (Momordica charantia L.) đơn bội bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn in vitro

C LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU v INFORMATION OF RESEARCH RESULTS viii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3 1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 1.2. Phương pháp nghiên cứu 3 1.2.1. Kỹ thuật trồng cây mướp đắng 3 1.2.2. Thu mẫu và tiền xử lý và khử trùng nụ hoa 4 1.2.3. Phương pháp xác định giai đoạn phát triển của tiểu bào tử 4 1.2.4. Phương pháp nuôi cấy bao phấn và phát sinh callus trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo 5 1.2.5. Phương pháp tái sinh chồi và rễ từ callus bao phấn 5 1.2.6. Phương pháp tách chiết DNA tổng số, PCR và điện di 5 1.2.7. Phương pháp xử lý số liệu 5 CHƯƠNG 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 6 2.1. Lựa chọn và trồng các giống mướp đắng làm nguồn cho bao phấn 6 2.2. Hiệu quả của các phương pháp khử trùng nụ hoa mướp đắng 7 2.3. Ảnh hưởng của các yếu tố nội và ngoại sinh đến khả năng phát sinh callus từ bao phấn mướp đắng 8 2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng phát sinh callus 8 2.3.2. Ảnh hưởng của kiểu gen đến khả năng phát sinh callus 9 2.3.3. Ảnh hưởng của môi trường nuôi cấy đến khả năng phát sinh callus 9 2.3.4. Ảnh hưởng của giai đoạn phát triển tiểu bào tử (hạt phấn) đến khả năng phát sinh callus từ bao phấn mướp đắng 13 2.4. Ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng đến khả năng tái sinh chồi từ callus bao phấn mướp đắng 15 2.5. Ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng đến khả năng tái sinh rễ từ callus bao phấn mướp đắng 16 2.6. Xác định mẫu rễ đơn bội phát sinh từ tiểu bào tử 16 3.7. Quy trình tạo callus từ bao phấn mướp đắng in vitro 17 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2,4-D: Dichlorophenoxyacetic acid AC : Activated carbon B5 : Gamborg BAP : 6-benzylaminopurine bp : Base pair cs: Cộng sự DH : Doubled Haploid ĐHST: Điều hòa sinh trưởng GA3 : Gibberellic acid IAA : Indole-3-Acetic Acid IBA : Indole-3-butyric acid MS : Murashige and Skoog NAA: 1-Naphthaleneacetic acid NS : Năng suất TDZ : Thidiazuron iv THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu quy trình tạo cây Mướp đắng (Momordica charantia L.) đơn bội bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn in vitro - Mã số: B2017-ĐN03-13 - Chủ nhiệm: TS. Nguyễn Minh Lý - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm - Thời gian thực hiện: 06/2017 – 05/2019 2. Mục tiêu đề tài Xác định được ảnh hưởng của các yếu tố nội sinh và ngoại sinh đến hiệu quả nuôi cấy bao phấn mướp đắng in vitro, góp phần xây dựng quy trình tạo cây mướp đắng đơn bội. 3. Tính mới và tính sáng tạo Nghiên cứu này đã đưa ra được những dẫn liệu khoa học mới về ảnh hưởng của các nhân tố nội sinh và ngoại sinh đến sự phát sinh callus bao phấn mướp đắng (Momordica charantia L.). Đặc biệt, đã xác định được giai đoạn đơn nhân sớm và đơn nhân giữa là giai đoạn phát triển tối ưu của tiểu bào tử (hạt phấn) để đưa vào nuôi cấy phát sinh callus. Lần đầu tiên, tái sinh được rễ mướp từ callus bao phấn. 4. Kết quả nghiên cứu Giống mướp đắng xanh đen Kami 999 thích hợp trồng tại xã Hòa Khương, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng vào vụ thu - đông (7/2018 – 11/2018) với năng suất thực tế đạt 20,50 ± 1,03 tấn/ha. Công thức khử trùng nụ hoa mướp đắng có hiệu quả cao nhất là cồn 70% trong 30 giây kết hợp với NaOCl 5% trong 5 phút với tỷ lệ nhiễm 10,62±1,32% và tỉ lệ hạt phấn sống đạt 92,34±1,95%. Tiền xử lý mẫu nụ hoa ở 4°C trong 24 giờ làm tăng tỉ lệ tạo callus từ bao phấn cây mướp đắng. Trong khi đó, xử lý mẫu bao phấn sau khi cấy ở 32°C kìm hãm quá trình phát sinh callus từ bao phấn mướp đắng. Môi trường nuôi cấy bao phấn có ảnh hưởng quan trọng đến sự hình thành bao phấn từ callus mướp đắng. Trong đó, môi trường tối ưu để nuôi cấy bao phấn mướp đắng giống Diago 26 là MS có bổ sung 1,0 mg/l 2,4-D và 1,5 mg/l BAP (đạt 93,75±2,55%). Bổ sung than hoạt tính vào môi trường nuôi cấy đã kìm hãm sự phát sinh callus từ bao phấn mướp đắng. Kiểu gen và giai đoạn phát triển của tiểu bào tử có ảnh hưởng tới sự phát sinh callus từ bao phấn. Giai đoạn phát triển tiểu bào tử tối ưu để tiến hành nuôi cấy bao phấn là đơn nhân sớm và đơn nhân giữa. Sử dụng các công thức môi trường và chất điều hòa sinh trưởng sử dụng trong nghiên cứu, không quan sát thấy sự tái sinh chồi từ callus bao phấn v mướp đắng. Trong khi đó, tỉ lệ tái sinh rễ từ callus mướp đắng đạt cao nhất (89,7±5,24%) khi bổ sung 2,5 mg/l IBA vào môi trường nuôi cấy. Tỉ lệ rễ đơn bội đạt 4% trong tổng số rễ được tái sinh từ callus bao phấn mướp đắng giống Diago 26. 5. Sản phẩm 5.1. Sản phẩm khoa học - 01 bài báo trên tạp chí trong nước trong danh mục tính điểm của Hội đồng chức danh giáo sư nhà nước: Nguyễn Minh Lý, Võ Châu Tuấn, Nguyễn Thị Như Thảo (2017) Ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng đến sự phát sinh callus từ bao phấn mướp đắng (Momordica charantia L.) in vitro. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 12: 67-72. - 01 bài báo quốc tế trên tạp chí thuộc danh mục Scopus: Nguyen M.L., Ta T.H.T., Huyen T.N.B.T., Voronina A.V. (2019) Anther-derived callus formation in bitter melon (Momordica charantia L.) As influenced by microspore development stage and medium composition. Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], 54(1): 140-148. - 01 thạc sĩ bảo vệ thành công luận văn chuyên ngành sinh thái học với đề tài “Nghiên cứu đặc điểm sinh trưởng và năng suất của giống mướp đắng xanh đen trong điều kiện sinh thái tại huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng”. 5.2. Sản phẩm ứng dụng + 01 quy trình tạo callus từ bao phấn cây mướp đắng in vitro + Mẫu callus được tái sinh từ bao phấn mướp đắng in vitro. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng ứng dụng 6.1. Hiệu quả giáo dục và đào tạo: Đề tài nghiên cứu đã đóng góp một phần vào việc đào tạo kiến thức chuyên ngành và kĩ năng nghiên cứu khoa học cho sinh viên, học viên tham gia đang theo học các chuyên ngành Công nghệ sinh học và Sinh thái học, tại trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng. Ngoài ra, kết quả từ đề tài còn là nguồn tư liệu tham khảo có giá trị cho việc giảng dạy lý thuyết cũng như thực hành các học phần có liên quan. 6.2. Hiệu quả kinh tế - xã hội: Kết quả nghiên cứu của đề tài bước đầu góp phần hoàn thiện quy trình sản xuất cây mướp đắng đơn bội bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn in vitro. Khi quy trình được hoàn thiện sẽ cho phép rút ngắn quá trình chọn tạo giống mướp đắng mới có năng suất và phẩm chất tốt. 6.3. Phương thức chuyển giao và khả năng ứng dụng: Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được chuyển giao cho các Viện nghiên cứu về cây trồng và nông nghiệp để tiến hành các nghiên cứu sâu hơn trong việc xây dựng quy trình tạo cây mướp đắng đơn bội. vi Đà nẵng, ngày tháng năm 2019 Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Minh Lý vii INFORMATION OF RESEARCH RESULTS 1. General information: - Project title: Study on production of haploid bitter melon (Momordica charantia L.) plants using anther culture in vitro - Code number: B2017-ĐN03-13 - Implementing Institution: University of Science and Education - Study time: 06/2017 – 05/2019 2. Objective: The objective of the research is to identify endogenous and exogenous factors affecting the effectiveness of the bitter melon anther culture in vitro contributing to producing haploid bitter melon (Momordica charantia L.) plants. 3. Creativeness and innovativeness: This research provided new scientific information about the effects of the endogenous and exogenous factors on callus formation from the bitter melon anther. In particular, the early uninucleate and mid uninucleate stages were determined as the optimal development phages of microspores. This is the first time to regenerate the bitter melon roots from the anther callus. 4. Research results The bitter green melon hybrid Kami 999 is suitable for planting in Hoa Khuong commune, Hoa Vang district, Da Nang city in the autumn-winter season (7/2018 - 11/2018) with the yield of 20.50 tons/ha. The most effective method of sterilizing bitter melon flower buds was obtained with alcohol 70% for 30 seconds in combination with NaOCl 5% for 5 minutes. The infection rate and the ratio of alive microspores were 10.62 ± 1.32% and 92.34 ± 1.95%, respectively. Pretreatment of flower buds at 4°C for 24 h had resulted in increasing the rate of callus formation from anther. Meanwhile, treating anther samples after transplanting at 32°C inhibited the callus formation from bitter melon anther. Anther culture medium had an important effect on the callus induction. The highest ratio of callus formation was observed on the medium MS with 1.0 mg/l 2,4-D and 1.5 mg/l BAP (93.75 ± 2.55 %). Adding activated carbon to the culture medium inhibited callus induction from bitter melon anther. The genotype and microspore development stage affected the callus formation from anther. The optimal microspore stages for anther culture were early and later uninuclear. Using MS medium and growth regulators were not lead to regenerate buds from bitter melon callus. Meanwhile, the root regeneration rate from callus was the highest (89.7 ± 5.24%) on the medium MS with 2.5 mg/l IBA. viii The ratio of haploid roots reached 4% of the total regenerated roots from the anther dervided callus. 5. Products: 5.1. Scientific products - A research paper was published: Nguyen M.L., Vo C.T., Nguyen T.N.T. (2017) Effect of plant growth regulators on callogenesis from anther culture of bitter gourd (Momordica charantia L.). Science and Technology Journal of Agriculture and Rural Development, 12: 67-72. - A research paper was published in Scopus journal: Nguyen M.L., Ta T.H.T., Huyen T.N.B.T., Voronina A.V. (2019) Anther-derived callus formation in bitter melon (Momordica charantia L.) As influenced by microspore development stage and medium composition. Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology], 54(1): 140-148. - Supervising graduate student to complete the Master thesis. 5.2. Other products - 01 the procedure of callus formation from bitter melon anthers. - Callus samples in the laboratory. 6. Effectiveness, transfer alternatives of research results and applicability 6.1. Educational and training efficiency. This research has contributed to training advanced knowledge and research skills for undergraduate as well as graduate students of Ecology and Biotechnology at The University of Da Nang, University of Science and Education. Moreover, the information from research results is valuable references resource for teaching theory as well as the practice of relevant modules. 6.2. Economic and social efficiency. The research results have initially contributed to improving the production process of haploid bitter melon plants by anther culture in vitro. The completed procedure of anther from callus formation will allow reducing the breeding process of bitter melon with good productivity and quality, which contribute to socio-economic development. 6.3. Transfer alternatives and applicability The research results are able to be transfered to the Institutes studying on plants and agriculture to carry out further researches on completing the process of haploid bitter melon plants. ix MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Mướp đắng hay Khổ qua (Momordica charantia L.) thuộc họ bầu bí (Cucurbitaceae) là loại cây hàng năm. Cây có nguồn gốc từ Ấn Độ, Nam Trung Quốc và được trồng rộng rãi ở các vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới của Nam Mỹ, Châu Á và Châu Phi (Ahmad et al., 2016; Gupta et al., 2016). Tại Việt Nam, cây được trồng ở hầu hết các tỉnh từ đồng bằng đến trung du với diện tích khoảng 27.000 ha vào năm 2013 và năng suất trung bình đạt 16,0 tấn/ha (Nguyễn Quốc Hùng và cs, 2016). Mướp đắng là một loại rau ăn quả được sử dụng phổ biến với giá trị dinh dưỡng cao. Bên cạnh đó, quả cây mướp đắng còn có giá trị dược liệu và được sử dụng trong các bài thuốc y học cổ truyền, cũng như điều chế các loại thuốc trong y học hiện đại để chữa bệnh tiểu đường, bệnh gút, ung thư (Joseph et al., 2013; Arafat et al., 2016). Phân tích hóa học cho thấy, mướp đắng có chứa các saponin (momordicin và momordin) và có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và kháng virus cũng như kháng sâu (Poolperm et al., 2017). Hiện nay, trên thế giới 80% mướp đắng được đưa vào sản xuất là các giống lai F1, tuy nhiên tại Việt Nam sử dụng chủ yếu là các giống địa phương. Tuy nó có khả năng thích nghi cao, nhưng khả năng kháng bệnh và năng suất lại rất thấp (Behera et al., 2010). Ngoài ra, đa số các giống lai F1 được sử dụng là các giống nhập ngoại và chỉ có một số ít các giống lai được lai tạo tại các viện và trung tâm nghiên cứu trong nước. Việc hạn chế về số lượng các giống lai F1 mướp đắng được xác định do quá trình chọn lại giống kéo dài, phức tạp, đặc biệt là quá trình tạo ra các dòng bố mẹ thuần chủng (Bal et al., 2012). Đối với phương pháp truyền thống cần tiến hành thụ phấn cưỡng bức và chọn lọc liên tục cũng qua 5-7 thế hệ để thu được các dòng thuần, tuy nhiên, các dòng thuần này vẫn chưa ở trạng thái đồng hợp tử tuyệt đối ở tất cả các gen (Monakhos et al., 2014; Usman et al., 2015). Trên thế giới phương pháp tạo cây đơn bội kép (doubled haploid – DH) đã được áp dụng để đẩy nhanh quá trình tạo dòng thuần đối với trên 200 loại giống cây trồng khác nhau, đặc biệt là các giống cây họ cải và cây lương thực (Foster et al., 2007; Dwivedi et al., 2015). Các dòng cây đơn bội kép là đồng hợp tử tuyệt đối về tất cả các gen, có thể tạo ra được trong một thời gian ngắn (1 thế hệ). Nuôi cấy bao phấn in vitro là một trong những kỹ thuật đầu tiên và phổ biến được sử dụng để tạo cây đơn bội kép và đối với một số loài đây là phương pháp hiệu quả duy nhất. Thành công của phương pháp này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, như kiểu gen, giai đoạn phát triển của tiểu bào tử , thành phần môi trường, chất kích thích sinh trưởng, điều điện nuôi cấy bao phấn (Qiao et al., 2013). Tuy nhiên, số lượng các nghiên cứu về tạo cây đơn bội vẫn còn tương đối hạn chế trên một số đối tượng như cây lúa, ngô, cải 1 xanh, dưa leo và ớt (Trần Khắc Thi và cs, 2010; Nguyễn Thanh Hải và Đặng Thị Thanh Tâm, 2015). Một số nhà nghiên cứu Trung Quốc đã nghiên cứu kỹ thuật nuôi cấy bao phấn mướp đắng, tuy nhiên thành công chỉ dừng lại ở giai đoạn tạo callus, mà chưa thu được sự tái sinh phôi hoặc các bộ phận từ callus bao phấn (Tang et al., 2009; 2010). Tại Việt Nam, cho đến nay cũng chưa có bất kỳ một nghiên cứu nào về nuôi cây bao phấn mướp đắng tạo cây đơn bội. Xuất phát từ những cơ sở trên chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu quy trình tạo cây Mướp đắng (Momordica charantia L.) đơn bội bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn in vitro”. 2. Mục tiêu Xác định được ảnh hưởng của các yếu tố nội sinh và ngoại sinh đến hiệu quả nuôi cấy bao phấn mướp đắng in vitro, góp phần xây dựng quy trình tạo cây mướp đắng đơn bội. 3. Nội dung nghiên cứu - Lựa chọn và trồng các giống cây mướp đắng F1 làm nguồn cung cấp vật liệu cho quá trình nghiên cứu; - Nghiên cứu biện pháp khử trùng nụ hoa hiệu quả bằng các hóa chất khác nhau; - Nghiên cứu ảnh hưởng của giai đoạn phát triển hạt phấn đến khả năng phát sinh callus in vitro; - Nghiên cứu ảnh hưởng của kiểu gen đến khả năng phát sinh callus; - Nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp tiền xử lý mẫu đến khả năng phát sinh callus in vitro; - Khảo sát ảnh hưởng của các môi trường và điều kiện nuôi cấy đến sự phát sinh callus từ bao phấn; - Khảo sát ảnh hưởng của các môi trường và điều kiện nuôi cấy đến sự tái sinh chồi từ callus; - Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện môi trường nuôi cấy đến tái sinh rễ; - Xác định nguồn gốc phát sinh của mẫu rễ mướp đắng thu được trong quá trình nuôi cấy bao phấn. 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 4.1. Ý nghĩa khoa học. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp những dẫn liệu khoa học mới về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy bao phấn mướp đắng nói riêng và các loại cây trồng nói chung. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần tạo cơ sở để xây dựng và hoàn thiện quy trình nuôi cấy bao phấn mướp đắng tạo cây đơn bội kép, góp phần đẩy nhanh quá trình chọn giống loại cây này. Các mẫu callus thu được trong đề tài có thể tiếp tục được sử dụng trong các nghiên cứu về cơ chế, đặc điểm phát sinh callus từ bao phấn. 2 CHƯƠNG 1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là 3 giống mướp đắng lai F1, trong đó có 2 giống được trồng phổ biến trên địa bàn Quảng Nam - Đà Nẵng (F1 Diago 26 và F1 TN 187) và 1 giống đang được thử nghiệm tính thích nghi để đưa vào sản xuất (F1 Kami 999). Cây mướp đắng được trồng tại các xã Hòa Khương, Hòa Phú, huyện Hòa Vang thành phố Đà Nẵng và huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam. Giống được công ty trách nhiệm hữu hạn Phát triển và đầu tư nhiệt đới, Công ty cổ phần giống cây trồng công nghệ cao Israel cung cấp. Địa điểm trồng mướp đắng: Huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng và Huyện Đại Lộc tỉnh Quảng Nam. Địa điểm nuôi cấy bao phấn in vitro: Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học thực vật, Khoa Sinh - Môi trường, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng. Thời gian thực hiện: 07/2017 - 04/2019. 1.2. Phương pháp nghiên cứu 1.2.1. Kỹ thuật trồng cây mướp đắng. Kỹ thuật trồng cây mướp đắng được trồng theo hướng dẫn của viện nghiên cứu rau quả. Làm đất: Đất phải được rải vôi trước khi trồng 10 - 15 ngày, vệ sinh đồng ruộng, làm sạch cỏ dại, xử lý tàn dư cây trồng vụ trước. Sử dụng nấm Trichoderma để xử lý đất trước khi trồng. Lên luống cao từ 30cm, rộng 1m, dùng màng phủ khổ rộng 1-1,2 m phủ bạt ghim cố định và đục lỗ theo khoảng cách 80cm. Gieo hạt: Xử lý hạt trước khi gieo: ngâm hạt trong nước ấm 24 giờ, vớt ra, để ráo nước, ủ trong khăn hoặc bông ẩm ở nhiệt độ 30°C, sau 3 ngày hạt nảy mầm. Gieo hạt vào khay xốp 84 lỗ (7×12) trên giá thể gồm xơ dừa, đất Tribat, phân trùn quế. Khay ươm cây con đặt nơi có nh sáng, khô ráo, thoát nước. Khi cây đã xuất hiện thêm 2 lá thật, cao 7 - 8cm có thể đem đi trồng. Trồng cây: Mỗi luống trồng 1 hàng, hàng cách hàng 2m, cây cách cây 80cm. Mật độ trồng 6.250 cây/ha. Những cây chết hoặc phát triển yếu thì nhổ bỏ, trồng dặm lại để đảm bảo khoảng cách và mật độ trồng. Tưới nước: Phải thường xuyên tưới nước để đảm bảo độ ẩm cho cây trồng. Đặc biệt, lúc cây ra hoa và quả non nên đảm bảo tưới nước 2 lần/ ngày và tưới vào rãnh để hạn chế rụng hoa, nụ và tạo điều kiện cho hoa dễ được thụ phấn. Làm giàn: Khi cây bắt đầu bung tua cuốn nên tiến hành làm giàn cho cây, giàn có thể làm giàn chữ A hoặc vòng cung. Quy trình bón phân: Công thức phân bón được sử dụng là 20 tấn phân chuồng, 125kg N, 100kg P2O5, 100kg K2O. Phân chuồng hoai mục và phân lân P2O5 được bón lót 100% trước khi trồng. Phân nito được sử dụng trong bón thúc và chia thành 4 lần (lần 1: sau 7 ngày trồng, cây có 4 - 6 lá thật; lần 2: bắt đầu nở hoa; lần 3: thu quả đợt 1; lần 4 thu quả đợt 3). 3 Khả năng sinh trưởng và phát triển của giống Kami 99 được đánh giá trong 3 vụ thu-đông (12/7/2018 - 18/11/2018), Đông (5/10/2018 - 23/12/2018) và vụ Xuân (2/1/2019 - 30/3/2019) tại xã Hòa Khương, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng trên cùng một điều kiện về thổ nhưỡng, phân bón và tưới tiêu. 1.2.2. Thu mẫu và tiền xử lý và khử trùng nụ hoa Mẫu nụ hoa được thu hái từ cây mướp đắng giống F1 Diago 26, F1 Kami 999, F1 TN 187 vào buổi sáng sớm từ 5-7 giờ, đặt trong túi nhựa zipper và bảo quản trong đá lạnh. Sau đó bảo quản trong tủ lạnh ở 4°C trong phòng thí nghiệm trong thời gian 0; 24, 48, 72; 96 giờ. Sau khi bảo quản lạnh, nụ hoa sẽ được khử trùng theo các công thức sau: Nụ hoa được ngâm trong cồn 70% trong 3 phút, rửa lại 3 lần bằng nước cất vô trùng, sau đó thấm khô nụ hoa trên giấy vô trùng, tách lấy bao phấn đưa vào môi trường nuôi cấy; Nụ hoa được ngâm trong cồn 70% trong 30 giây, rửa lại bằng nước cất vô trùng, tiến hành khử trùng bằng NaOCl nồng độ 5% trong 4 phút, rửa lại bằng nước cất vô trùng 5 lần;Nụ hoa được ngâm, lắc trong cồn 70% trong 30 giây, rửa lại bằng nước cất vô trùng. Tiếp tục ngâm, lắc trong dung dịch HgCl2 0,1 % trong thời gian 5 phút, sau đó rửa 3 lần với nước cất khử trùng; Nụ hoa được ngâm trong cồn 70% trong 30 giây, rửa lại bằng nước cất vô trùng và tiếp tục ngâm lắc trong H2O2 5 phút, rửa lại bằng nước cất vô trùng. Hiệu quả của các phương pháp khử trùng được đánh giá qua tỉ lệ các mẫu nhiễm, tỉ lệ tiểu bào tử (hạt phấn) sống khi nuôi cấy bao phấn trên môi trường MS có bổ sung 3% sucrose, 0,8% agar, pH = 5,75 và 0,2 mg/l BA; 0,6 mg/l NAA (Usman và cs, 2015). 1.2.3. Phương pháp xác định giai đoạn phát triển của tiểu bào tử Giai đoạn phát triển của tiểu bào tử được xác định bằng phương pháp nhuộm acetocarmine (Pukhalskii et al. 2007). Tiểu bào tử được tách ra từ bao phấn bằng kim cấytrên lam kính đã có một giọt glycerin. Dùng ống mao dẫn chuyển tiểu bào tử (hạt phấn) sang một lam kính mới có chứa giọt acetocarmine 2%, đậy lamen và quan sát dưới kính hiển vi có độ phóng đại ×400 (kính hiển vi Axio Imager.M2, «Carl Zeiss», Đức). Giai đoạn phát triển của tiểu bào tử (hạt phấn) được xác định bằng số lượng và vị trí của nhân trong tế bào (Blackmore et al., 2017). Trên cơ sở các giai đoạn phát triển, các tiểu bào tử (hạt phấn) đã được xác định sẽ tiến hành thiết lập mối liên hệ giữa kích thước của bao phấn, nụ hoa với các giai đoạn phát triển của tiểu bào tử (hạt phấn). Điều này sẽ cho phép tạo thuận lợi cho quá trình chọn lọc nụ hoa có kích thước thích hợp trong quá trình thu mẫu. 4 1.2.4. Phương pháp nuôi cấy bao phấn và phát sinh callus Bao phấn với giai đoạn phát triển tiểu bào tử phù hợp sẽ được tách trong tủ cấy an toàn sinh học bằng kim cấy và chuyển vào chai môi trường dinh dưỡng và giữ ở 25°C với số giờ chiếu sáng thay đổi theot ừng thí nghiệm (16 giờ sáng (2000 lux)/8 giờ tối hoặc tối hoàn toàn). Môi trường nuôi cấy cơ bản (MS hoặc B5) có chứa 30 g/l sucrose, 8g/l agar, pH 5,7-5,8 chất ĐHST NAA, TDZ, IBA, 2,4-D, kinetin, BAP đơn lẻ hoặc kết hợp ở các nồng độ khác nhau. Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến khả năng phát sinh callus, sau khi cấy, bao phấn được giữ ở 32°C trong tủ ấm trong thời gian 24, 48, 36, 72, 96 giờ. Quan sát sự cảm ứng và hình thái callus được quan sát trong thời gian 4 tuần sau nuôi cấy ở độ phóng đại ×40 dưới kính hiển vị soi nổi. 1.2.5. Phương pháp tái sinh chồi và rễ từ callus bao phấn. Để tái sinh chồi và rễ, callus phát sinh được chuyển sang môi trường có bổ sung các chất ĐHST NAA, TDZ, IBA, kinetin, BAP đơn lẻ hoặc kết hợp ở các nồng độ khác nhau. Các mẫu callus sau khi chuyển sang môi trường tái sinh chồi và sẽ sẽ được nuôi ở nhiệt độ 25°C với số giờ chiếu sáng 16 giờ sáng (2000 lux)/8 giờ tối. Cảm ứng phát sinh phôi, tái sinh chồi và rễ được quan sát dưới kính hiển vi soi nổi ở độ phóng đại ×40. Hiệu quả của các công thức thí nghiệm được tính theo tỉ lệ phần trăm chồi hoặc rễ phát sinh từ callus. 1.2.6. Phương pháp tách chiết DNA tổng số, PCR và điện di. Mẫu rễ phát sinh từ callus bao phấn được tách chiết DNA tổng số theo phương pháp CTAB có cải tiến (Green and Sambrook, 2012). Cân 0,2 g mẫu callus hoặc mẫu rễ riêng lẻ để tách chiết DNA bằng dung dịch đệm CTAB 2% ủ trong bể ổn nhiệt 60°C trong vòng 60 phút. DNA được tinh sạch bằng dung dịch C:I (24 chloroform : 1 iso amyl alcohol) và được kết tủa bằng isopropanol. Mẫu DNA tách chiết được bảo quản lạnh -20ºC. Thành phần phản ứng PCR có thể tích 20 l: Bao gồm dung dịch đệm Master mix PCR 2X; 200 nM mỗi đoạn mồi; 0,125 đơn vị Taq polymeraza và 40 ng DNA tổng số. Chu trình nhiệt gồm 95°C, 5 phút, chu kỳ lặp lại là 35 vòng gồm 94°C, 30 giây; 55°C, 30 giây đối với mồi SSR và 50°C, 30 giây; 72°C, 30 giây tiếp theo là 72°C, 7 phút và bảo quản mẫu ở 4°C. DNA tổng số và sản phẩm PCR được kiểm tra bằng điện di trong gel Agarose 0,8 %; Đệm TAE 0,5 X; 90V; 120 mA; 30 phút. Kết quả được soi trên máy phát tia UV, chụp lại hình ảnh. 1.2.7. Phương pháp xử lý số liệu. Mỗi công thức thí nghiệm bao gồm 10 bình, mỗi bình chứa 12 bao phấn. Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Số liệu nghiên cứu được xử lý bằngphần mềm IBM SPSS Statistics 22. Sự sai khác giữa các giá trị trung bình có ý nghĩa thống kê được kiểm định bằng phương t-test với p ≤ 0,05. 5 CHƯƠNG 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.1. Lựa chọn và trồng các giống mướp đắng làm nguồn cho bao phấn Quá trình khảo sát tại các vùng trồng mướp đắng tại Quảng Nam và Đà Nẵng cho thấy hai giống mướp đắng lai F1 (F1 Diago 26 và TN 187) là các giống đã được đưa vào sản xuất rộng rãi trong nhiều năm có khả năng thích nghi với điều điện khí hậu và thổ nhưỡng tại địa phương. Chính vì vậy, các giống này được sử dụng làm nguồn cung cấp bao phấn cho quá trình nuôi cấy in vitro. Giống mướp đắng xanh đen Kami 999 là loại giống mới có nguồn gốc từ Thái Lan và đang trong quá trình thử nghiệm tại Việt Nam. Để sử dụng giống này làm nguồn cây cho bao phấn cần tiến hành tiến hành đánh giá mức độ thích nghi của giống tại Quảng Nam-Đà Nẵng. Trong nghiên cứu đã khảo sát khả năng sinh trưởng, phát triển và năng suất của giống này tại xã Hòa Khương, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng. 2.1.1. Thời gian hoàn thành các giai đoạn sinh trưởng, phát triển giống mướp đắng xanh đen Kami 999 Đánh giá thời gian hoàn thành các giai đoạn sinh trưởng và phát triển được thực hiện theo các đặc điểm: thời gian bắt đầu bung tua tính từ thời điểm gieo trồng, thời gian bắt đầu sự phân nhánh, thời gian bắt đầu ra hoa cái, thời gian thu quả lần đầu và hoàn thành thu hoạch ở mỗi mùa vụ (Nguyễn Quốc Hùng và cs, 2016). Kết quả thu được cho thấy, các thời gian sinh trưởng và phát triển của giống nghiên cứu có sự sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các mùa vụ. Các giai đoạn bung tua (17,0±0,4 ngày) và phân nhánh (22,8±0,78 ngày) của giống mướp đắng trong vụ thu – đông đã bắt đầu sớm nhất trong số các vụ. Điều này đã dẫn đến thời gian bắt đầu ra hoa cái cũng quan sát được sớm nhất sau 33,40±0,69 ngày, thời gian bắt đầu cho thu hoạch chỉ sau 48,7±0,99 ngày. Trong khi đó, thời gian sinh trưởng của giống F1 Kami 999 bị kéo dài ở vụ xuân với thời gian bắt đầu bung tua sau 26,0±2,92 ngày, thời gian bắt đầu phân nhánh – 31,2±0,78 ngày, thời gian bắt đầu ra hoa cái – 49,8±0,78 ngày, thời gian thu hoặc bắt đầu sau – 64,0±0,81. Bên cạnh đó, khoảng thời gian thu hoạch của giống nghiên cứu tại các vụ cũng có sự khác biệt. Thời gian thu hoạch quả của giống trong vụ thu-đông là dài nhất (gần 75,9 ngày), ở vụ đông là 20,9 ngày và vụ xuân là 28,3 ngày. Như vậy, trong vụ thu-đông, giống mướp đắng xanh đen Kami 999 có thời gian sinh trưởng, phát triển diễn ra sớm nhất, đồng thời, thời gian cho thu hoạch và thời gian hoàn thành chu kỳ sống được kéo dài nhất. 2.1.2. Đặc điểm của các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống mướp đắng xanh đen Kami 999 Để nghiên cứu ảnh hưởng của mùa vụ trồng đến các yếu tố cấu thành 6 năng suất và năng suất của giống mướp đắng xanh đen Kami 999 ở các vụ trồng khác nhau, các chỉ tiêu về khối lượng trung bình của quả, số quả/cây, năng suất cá thể, năng suất lý thuyết và năng suất thực tế của giống đã được đánh giá. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 2.1 cho thấy, số quả thực thu/cây, năng suất cá thể, năng suất lý thuyết và năng suất thực tế của giống đạt giá trị cao nhất ở vụ thu-đông, tương ứng là 16,4±1,03 quả, 4,18±0,11 kg/cây, 26,12±1,68 tấn/ha, 20,50±1,03 tấn/ha. Trong khi đó các chỉ tiêu này ở hai vụ đông và xuân là tương đồng về mặt thống kê. Kết quả đánh giá về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất thu được tương thích với các đặc điểm sinh trưởng và phát triển đã phân tích ở mục 2.1.1. Bảng 2.1. Các chỉ tiêu cấu thành NS và NS của giống mướp đắng xanh đen Kami 999 được trồng trên đất cát pha trong các mùa vụ khác nhau NS lý Mùa Số quả Khối lượng NS cá thể NS thực tế thuyết vụ /cây (quả) TB quả (g) (kg/cây) (tấn/ha) (tấn/ha) Thu – 16,4±1,03a 200±1,71a 4,18 ±0,11a 26,1±1,68a 20,50±1,03a đông Đông 10,2±1,03b 237± 9,48b 3,24±0,27b 20,2±1,69b 15,07±1,26b Xuân 9,6±0,84b 236±8,43b 2,99±0,14 b 18,7±9,91b 14,1±1,05b Chú thích: Các chữ cái khác nhau trên cùng một cột chỉ sự sai khác có ý nghĩa thống kê với p≤0,05. Như vậy, kết quả nghiên cứu đặc điểm sinh trưởng, phát triển và năng suất của giống mướp đắng xanh đen Kami 999 qua các mùa vụ trồng cho thấy, giống thử nghiệm thích hợp trồng trên địa bàn xã Hòa Khương, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng vào vụ thu-đông (7/2018 – 11/2018) với năng suất thực tế đạt 20,50±1,03 tấn/ha. Chính vì vậy, việc nghiên cứu tạo các dòng đơn bội và đơn bội kép từ giống này có thể sẽ cung cấp những vật liệu di truyền ban đầu quan trọng trong quá trình chọn tạo giống mới. 2.2. Hiệu quả của các phương pháp khử trùng nụ hoa mướp đắng Mẫu nụ hoa từ các giống lai F1 Diago 26, F1 TN 187, F1 Kami 999 đã được khử trùng theo 4 công thức khác nhau về thành phần các chất được sử dụng. Tỉ lệ mẫu nhiễm và tỉ lệ hạt phấn sống của tiểu bào tử (hạt phấn) được đánh giá sau 4 tuần nuôi cấy (bảng 2.2). Kết quả cho thấy, khả năng khử trùng cao nhất (tỉ lệ mẫu nhiễm - 10,62%) đạt được khi sử dụng công thức cồn 70%, 30 giây, NaOCl 5%, 5 phút. Sử dụng duy nhất cồn 70%, 3 phút có tỉ lệ nhiễm cao nhất (40,19%), sau đó là Cồn 70º, 30 giây; H2O2 40%, 5 phút (40,19±1,60%) và cồn 70%, 30 giây; HgCl2 0,1%, 5 phút (20,50±2,25). Trong khi đó, tỉ lệ h